O objetivo deste trabalho foi avaliar através dos sinais de emissão acústica e de vibrações os sentidos e os parâmetros de corte no fresamento do aço de baixa liga ABNT 4140.
O fresamento tangencial se distingue por ter o corte concordante e discordante. O corte concordante se caracteriza pela aresta de corte começar a retirar na entrada do processo de corte, uma seção máxima de material e ir diminuindo essa seção até chegar a zero no fim do corte da aresta. No corte discordante o processo é o inverso. Ele começa o processo de corte com uma seção mínima de material e vai crescendo até atingir o valor máximo no final do corte. Do ponto de vista de forças, essa variação no sentido de corte também gera uma variação, tanto no sentido quanto no valor da força de corte e isso se tentou evidenciar neste estudo.
Emissão acústica é a propagação de uma onda vibracional na rede dos materiais cristalinos, devido ao rearranjo da estrutura interna do material (Willians [1]). Quando ocorre uma deformação no material (corte, atrito, trinca entre outras) ocorre um desarranjo da estrutura do material que tende a rearranjá-los; esses rearranjos geram ondas vibracionais que deslocam a velocidade do som, daí o nome de emissão acústica. Estes sinais são captados através de um sensor piezoelétrico que transformam sinais mecânicos em sinais elétricos.
Segundo Sales et al. [2], a liberação de sinais emissão acústica sobre estas circunstâncias pode ser atribuída ao tamanho de grão, densidade de deslocamento e a distribuição de partículas de segunda fase em materiais cristalinos durante o processo de deformação. Outro método utilizado para monitorar os fenômenos de corte discordante e concordante foi os sinais de vibrações emitidos pelo processo. Vibração é definida como sendo o movimento dinâmico em torno de sua posição estática (SOUTO [3]). Para que haja vibração é necessário que o corpo seja capaz de armazenar energia cinética, tenha certa elasticidade e sofra um excitamento externo. Como todos os corpos apresentam estas características é praticamente impossível evitar que as vibrações ocorram.
Mas existem alguns tipos de vibrações que não podem ser evitadas, principalmente no fresamento. Uma das causas dessas vibrações pode ser atribuída à excentricidade. Excentricidade pode ser atribuída a alguma falha de fixação dos insertos, que pode gerar uma diferença de raio na fresa. A excentricidade altera as forças médias e os picos máximos e mínimos do perfil instantâneo de forças de diversas maneiras, dependendo das condições de corte, da geometria do corte e da natureza e intensidade da excentricidade (SCHOROETER et al., [4]).
Na usinagem, as vibrações são conseqüências das variações cíclicas nos componentes dinâmicos das forças de corte (DIMLA e LISTER, [5]). Normalmente, estas vibrações começam como pequenos batimentos autoexcitados (chatter), responsáveis pelo aspecto ondulado na superfície usinada e também por irregularidades na espessura do cavaco e, posteriormente, progride para a vibração propriamente dita (SOUTO, [3]).
Para realização dos testes confeccionou corpos de provas de aço ABNT 4140 com as seguintes dimensões: 100x100x100mm. Utilizou-se de uma fresa de 80 mm de diâmetro com capacidade para seis insertos intercambiáveis. Os insertos foram de metal duro classe P, de geometria quadrada, com revestimento [TiCN + Al2O3 (TiN)]. Utilizou-se de um sistema de aquisição de sinais de emissão acústica que consistia em um sensor que capturava os sinais na faixa de 25 KHz a 600 KHz e de um sistema de aquisição de sinais vibracionais composto por dois acelerômetros que foram fixados assim: um no eixo-árvore posicionado para captar as vibrações na coordenada Z e o outro na peça posicionado para capturar os sinais na coordenada Y que capturavam os sinais na faixa de 0 a 15 KHz.
Os testes foram feitos com os insertos na característica de novo nos seguintes parâmetros de corte: fixou-se primeiro a profundidade de corte em 0,5 mm e o avanço por dente em 0,05 mm/rev e variou a velocidade de corte em 50, 100, 200, 250, 300 e 350 m/min. Feito isto, fixou a velocidade de corte em 200 m/min e o avanço por dente em 0,05 mm/rev e variou a profundidade de corte em 0,05, 0,10, 0,15, 0,20, 0,25, 0,5, 0,75, 1 e 1,25 mm. E por último fixou a velocidade de corte em 200 m/min e a profundidade de corte em 0,5 mm e variou o avanço por dente em 0,05, 0,08, 0,12 e 0,15 mm/rev.
Por meio desse estudo pode-se afirmar que as duas técnicas de monitoramento mostraram-se eficientes para captar a variação de forças impostas entre os dois sentidos de corte, evidenciando assim uma boa sensibilidade em ambas. Também se comprovou que o método de monitoramento de emissão acústica evidencia características microscópicas do corte, como “amolecimento” do metal facilitando o corte, já que capta energia liberada pelo sistema analisado, diferente do método de monitoração vibracional que evidencia sinais de ordem macroscópica, como excitações impostas pela ferramenta de corte.
Conclui-se que o sentido de corte concordante tem-se maiores esforços envolvidos que o corte discordante, o que fez com que em todos os parâmetros analisados ele gerasse um maior sinal, tanto vibracional quanto de emissão acústica.
Analisando os espectros de freqüência vibracionais do corte, notou-se que a primitiva e seus harmônicos são as freqüências de maior amplitude nos gráficos, principalmente nos sinais capturados pelo canal na coordenada Y da peça, canal este que não sofre tanta influência de imposições da máquina-ferramenta.
Agradecimentos
Os autores agradecem a FAPEMIG pela bolsa de mestrado, à PUC Minas pelo espaço e equipamentos cedidos, ao CNPq (processo 475279/2004-2) e ao IFM (Instituto Fábrica do Milênio) pela verba na compra de materiais.
Referências
[1] WILLIANS, R. V., 1968, “Acoustic Emission”, British Steel Corporation Ltd., Adam Hilger Ltd., pp.5.
[2] SALES, W. F.; BONNEY, J.; EZUGWU, E. O.; FADARE, D. A., 2007; “Influence of Cutting Parameters on Acoustic Emission Signal when High Speed Turning of the Ti-6Al-4V Alloy .” In Press.
[3] SOUTO, U. B., 2007, “Monitoramento do Desgaste de Ferramenta no Processo de Fresamento via Emissão Acústica.” 198p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – UFU, Uberlândia.
[4] SCHROETER, R. B., WEINGAERTNER, W. L., MACEDO, S. E. M., 2001, “Análise de Forças no Fresamento de Topo Reto. Máquinas e Metais”, p. 130-139.
[5] DIMLA, D. E.; LISTER, P. M., 2000, “On-line metal cutting tool condition monitoring I: force and vibration analysis.” International Journal of Machine Tools & Manufacture. V. 40, pp. 739-768.